◆80년대 이후 PC가 반도체 성장을 주도했으나 앞으로는 디지털가전제품, 전장부품, 스마트카드 및 유무선 통신 등과 관련한 SoC 제품이 반도체 시장을 이끌어갈 것으로 예상됐다.
ST마이크로일렉트로닉스(ST)의 주관으로 지난 12일부터 14일까지(현지시각) 3일간 미국 세도나(Sedona)에서 열린 「시스템온칩 청사진(SoC-the Big Picture)」에서 드러난 SoC의 현주소와 미래를 조망해 본다.◆
◇SoC란 무엇인가
SoC는 시스템온칩(System on Chip)의 약자로 여러 가지 반도체 부품이 하나로 집적되는 기술 및 제품을 말한다. 예전에는 여러 개의 반도체가 모여 시스템을 구성했다면 이제는 시스템이 하나의 칩 속에 존재하는 개념이다.
예를 들어 CPU·메모리·DSP·트랜지스터·로직IC·파워디바이스 등 개개의 반도체에서 소프트웨어에 이르기까지 설계기술의 발전에 따라 기능을 한데 모아 단일 칩으로 구현되는 것이다.
이같은 추세는 인터넷과 통신 등 사회 인프라가 변화하고 기술이 융합됨에 따라 깊이를 더하고 있다.
세계 반도체무역협회(WSTS)에 따르면 올해 전체 반도체 시장은 약 2060억달러로 2004년까지 평균 16% 성장한 3150억달러에 이를 전망이다.
성장의 열쇠는 PC 이후 등장하고 있는 신규 분야에서 찾을 수 있다. 그동안의 성장이 기존의 PC용 반도체에서 출발했다면 향후에는 통신 및 디지털컨슈머용 반도체가 성장의 핵심이라는 것이 전문가들의 지적이다.
SoC는 바로 향후 시장 성장의 지렛대인 통신 및 디지털컨슈머용 반도체의 근간이 된다. 인프라의 발달로 데이터·오디오·비디오 등이 하나의 단말기로 융합되는 것은 SoC가 존재하는 이유다.
이동통신단말기가 움직이는 사무실이 되고 디지털TV가 가정 내 제어를 도맡는 시스템은 결국 최종 소비자에게 가장 가깝게 다가간 SoC의 형태다.
◇주요 SoC 기술동향
▲공정기술(process technology)
공정기술의 미세화는 SoC를 가능케 하는 원동력이다. 현재는 0.25미크론에서 0.18미크론 공정이 대부분을 이루고 있으나 앞으로는 0.13미크론에서 0.1미크론 공정으로 바뀔 것으로 보인다.
공정기술은 주로 설비 중심의 D램업체와 CPU업체들이 선도한다. 삼성전자는 현재 조성중인 반도체 제11공장(fab)에 0.13미크론 공정을 도입할 예정이며 이보다 한발 나아가 제12공장에 0.1미크론을 적용한 300㎜ 웨이퍼 양산 라인을 적용할 것으로 알려졌다.
매출 기준 세계 반도체 1위 업체인 인텔도 올해 대부분의 공장에서 공정기술을 0.18미크론으로 전환했다. 또 신규 설립 예정인 애리조나 공장에 0.1미크론을 적용한다는 계획이다.
ST도 히타치와 합작해서 300㎜ 웨이퍼를 건설한다고 발표했지만 자체적으로도 300㎜ 공장을 이탈리아, 프랑스, 미국 애리조나 가운데 설립할 것을 강력하게 검토하고 있다.
공정기술 이외에도 실리콘 게르마늄(SiGe) 공정, 임베디드 메모리등은 SoC로 가는 관건이 되고 있다.
▲마이크로 전자기계 시스템(MEMS)
MEMS(Micro-Electronic Mechanical System)는 센서·구동기(actuator)·전자 등 3차원의 서로 다른 디바이스가 하나의 반도체에 임베디드(embedded)된 다기능 시스템을 말한다.
MEMS는 전통적인 반도체 특성과 달리 매우 유연하고 탄력적인 구조를 갖기 때문에 향후 고온의 기계적 반도체 제품 등에서 유용성을 인정받는 차세대 기술이다.
현재는 ST나 모토로라 등에서 MEMS를 이용한 초기 단계 제품을 내놓고 있다. ST가 올해 발표한 MEMS 제품은 하드디스크드라이브(HDD)용 가속기(accelerometer)와 광통신용 버블 스위치다.
ST는 2개의 반도체 공장에 MEMS 제품 라인을 보유하고 있으며 6인치 웨이퍼로 생산중이다.
ST는 향후 MEMS의 적용 범위를 고주파(RF)·바이오(bio) 등으로 넓혀간다는 계획이다. MEMS 역시 전자·기계는 물론 광통신과 마그네틱 분야까지 융합되는 SoC 기술의 결과다.
▲상보성금속산화막반도체(CMOS) 이미지
CMOS 이미지 기술은 흑백·컬러 시대를 걸쳐 이제 인간의 눈에 비유되고 있다.
◇SoC 애플리케이션 동향
-세트톱박스
-디지털TV
-스마트카드
80년대 초반에 전화카드 형식으로 나타나기 시작한 스마트카드는 이제 보안기능이 첨가된 SoC의 형태를 띤다.
통신 및 전자상거래 등에 이용되는 스마트카드에서 보안 문제는 가장 중요한 부분으로 지난해 ISO/IEC 15408이라는 표준이 규정되기도 했다.
보안 가능한 SoC는 코어·보안·행동제어·동적관측제어(DOC)·정적관측제어(SOC) 등의 기능이 가능해야 한다.
스마트카드 제품 진화
0.5마이크로미터 메모리카드에서 시작된 스마트카드는 최고 EEP롬 0.18마이크로미터까지 진화했다.
ISO 7816 보안 표준에서 1 DES 인코더가 추가된 표준 제품이 나오고 있다.
여기서 더 나아간 것이 어드밴스트 멀티카드 보안 POS 단말기, 멀티미디어 플레이어, 보안 음성 스크램블링이다.
미국에도 아직은 스마트카드가 대중화되지 않았으나 은행권을 중심으로 내년에는 본격 개시될 것이다. 유럽은 전화카드를 중심으로 먼저 활용됐다.
온라인 사회에서는 스마트카드가 그리 필요하지 않다.
위성 라디오에 보안 SoC가 들어 있다.
-자동차 멀티미디어
자동차에서
-유무선 통신
무선통신에서 블루투스(Bluetooth) SoC 단일 칩 개발이 과제라면 유선통신에서는 「홈 포털(home portal)」 개념이 등장했다.
홈 포털이란 브로드밴드(broadband) 모뎀, 네트워킹, 텔레포니를 융합한 것으로 전화와 인터넷 액세스를 동시에 고속으로 가능케 한 것이다.
현재는 따로 떨어져 있는 디지털가입자회선(DSL)·VoIP 등을 하나로 묶는 개념이다.
◇전망
향후의 키워드는 이동성(mobility)과 연결성(connectivity)으로 요약된다.
SoC는 이동성과 연결성에 있어 핵심이다.
단말기·콘텐츠·네트워크·스토리지·보안 등 각 분야에서 기존에 존재하던 기술이나 제품을 다시 한데 묶는 작업이 반도체업계의 미래 과제다.
시장조사기관인 캐너스인스탯에 따르면 지난해 3억4500만달러였던 SoC 제품 시장은 2004년까지 평균 31% 성장한 13억달러에 이를 전망이다.
급격한 성장을 견인하는 것은 역시 통신과 디지털컨슈머용 SoC 제품으로 디지털컨슈머의 경우 2004년까지 평균 43%의 성장이 예측된다.
SoC는 특히 4가지 측면에서 더욱 기대된다.
초당 1000만비트 데이터 전송이 가능한 대역폭의 확장, 웹 스위치와 같은 지능
형 네트워크 장비, 광대역 액세스, 클라이언트 분야에서 SoC의 확산이 그것이다.
SIA에 따르면 9억개의 트랜지스터, 10㎓ 클록속도, 175W 전력을 가진 SoC가 2010년에 나올 것이라는 전망이다.